膜材料对比Word文件下载.docx

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V系统易于自动化，可靠性高。

运行简易，设施只有开启，关闭两档；

V占地面积小；

V节约水源，比常规水处理系统费用低廉。

二.技术对比分析

2.1中空纤维超滤膜材料性能

目前市场上比较常见的是聚砜（PS）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氯乙稀（PVC、聚醚砜（PES、

聚偏氟乙烯（PVDF等六类。

其中，PS多用于水质较好的处理过程（如纯水制备）、血液透析、气体分离等领域。

PE、PP、PVC多用于水净化领域（如自来水处理等）。

PES的适应性较强，可适用于水净化、中水回用等领域。

PVDF

适应性最强，可适用于水净化、中水回用、工业废水处理等各个领域。

2.1.1烯烃类（PP、PEPVC）

（1、聚乙烯（PE）

聚乙烯是最结构简单的高分子，也是应用最广泛的高分子材料。

它是由重复的-CH2-单元连接而

成的。

聚乙烯是通过乙烯（CH2=CH2、的加成聚合而成的。

聚乙烯的性能取决于它的聚合方式。

在中等压力（15-30大气压）有机化合物催化条件下进行Ziegler-Natta聚合而成的是高密度聚乙烯

（HDPE）。

这种条件下聚合的聚乙烯分子是线性的，且分子链很长，分子量高达几十万。

如果是在高压力（100-300MPa），高温（190-210C），过氧化物催化条件下自由基聚合，生产出的则是低密度聚乙烯（LDPE），它是支化结构的。

聚乙烯无臭，无毒，具有优良的耐低温性能（最低使用温度可达-70〜-100C）,化学稳定性好,

能耐大多数酸碱（盐酸、柠檬酸等）的侵蚀，耐氧化性能差，不耐氧化剂和具有氧化性质的酸。

常温下可耐受一般溶剂（醇、烃等）；

耐热老化性差。

（2）聚丙稀（PP）

聚丙烯（polypropylene）的分子结构式为：

-CH.CH-CHb-^1-^'

4*

聚丙烯的分子结构为典型的主体规整结构，为结晶聚合物，其分子量为10〜50万。

比重:

0.9-0.91

克/立方厘米，成型收缩率：

1.0~2.5%成型温度：

160-220C

聚丙烯的特点：

强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯，可在100C左右使用，具有良好的电性能和高频绝

缘性不受湿度影响，但低温时变脆、不耐磨、易老化，可耐一般的酸碱和化学溶剂，耐氧化剂性能差。

（3）聚氯乙稀（PVC）

聚氯乙稀（PVC）是产量最大的三大合成树脂之一，是一种非结晶态的热塑性塑料，没有明显的

熔点，玻璃化转变温度在80C左右，常温条件下韧性较差。

PVC可耐甲醇、乙醇、乙二醇、醇类、醋

酸等，不耐丙酮、环己酮、硝基苯等有机溶剂。

PVC耐氧化性能与聚乙烯（PE）接近，在氧化物存在

条件下，易发生部分分解。

同时，PVC分子中含有氯元素，在长期使用过程中会发生析出，影响过滤

水质。

2.1.2聚砜（PS）和聚醚砜（PES

（1）聚砜（PS）

聚砜（PS）是一类在分子主链上含有砜基的芳香族非结晶高性能的热塑性工程塑料。

PS可溶于二

氯甲烷、二氯乙烯和芳烃等极性有机溶剂，相对密度1.24，吸水性（24h）0.22%，成型收缩率0.7%;

熔融温度190C；

，玻璃化温度150%，热变形温度（1.82MPa）174C，连续使用温度-1.00〜+150%;

拉伸强度71.54MPa，弯曲强度105.8MPa，压缩强度95.1MPa，拉伸模量2.5GPa，缺口冲击强度（J/m2）6.9〜7.8;

体积电阻率1015Q•cm。

聚砜的主链为苯环，通过醚、砜、异丙基等基“铰链“联接而成，因此兼有聚芳砜的刚性、耐热性及聚芳醚的柔性，水解稳定性、尺寸稳定性好，在室温下具有良好的形变稳定性；

具有突出的热稳定性，长期使用温度为160C，短期使用温度为190C，能在-100C〜+150C范围内保持良好的性能。

PS具有优良的力学性能，拉伸强度为70〜75MPa弯曲模量2680MPa并具有突出的长期耐蠕变性，在

长期时间使用过程中机械性能仍能保持不变。

在150C下长时间热老化时，其物理性能和电性能变化甚

小，且耐蒸汽性能优良，它的寿命在145C蒸汽下至少为12年。

PS易于加工成型，可耐受常见的酸、碱、醇、脂肪烃等化学试剂。

PS不耐硝酸、硫酸等强酸，不耐强氧化剂（如次氯酸钠、二氧化氯、双氧水、臭氧等），不耐极性

溶剂（如二氯甲烷、二氯乙烯和芳烃）。

（2）聚醚砜（PES）

聚醚砜分子结构如下：

PES分子结构中的-SO2集团由于两侧苯基的存在而比较稳定，苯醚或者苯砜集团具有一定的热稳定性和抗氧化性。

由于聚醚砜分子结构中不存在任何酯类结构的单元，聚醚砜具有出色的热性能和较强的氧化稳定性。

聚醚砜连续使用温度为180C,聚醚砜耐应力开裂，不溶于极性溶剂如酮类和一些含

卤碳氢化合物。

耐水解，耐大多数酸、碱、脂类碳氢化合物、醇、油及脂类。

可以通过对其分子量的控制或添加各种增强材料、各种纤维，以提高聚合物的性能。

该树脂满足美国FDA要求可使用于与食

品接触的制件。

特点：

pH耐受范围宽，可以达到2-10;

易加工成型，可制成多孔径的膜，从1nm到0,2卩m;

耐多数化学溶剂性能较好。

但不耐芳烃、酮、醚、酯等。

缺点：

耐压性能不好，平板膜低于7bar。

聚砜中空纤维膜低于1,7bar。

疏水性，易于污堵。

耐氧化性较PS强，但长期或者高浓度的氧化性清洗剂会对膜材料造成一定的破坏。

2.1.3聚偏氟乙烯（PVDF）

聚偏氟乙烯（PVDF）是一种半结晶态的聚合物，密度为1.75-1.78g/cm3,吸水率＜0.04%，玻璃化转变温度为-39C，脆化温度在-62C以下，结晶熔点约170C，热分解温度大于316C,长期使用温度范围为-40C〜150C。

PVDF材料耐热性、化学稳定性、耐辐射性、物理机械性能良好，它的突出优点是化学稳定性好，在室温下不易被酸、碱、强氧化剂和卤素所腐蚀，脂肪烃、醇、醛、酮等有机溶剂对它也无影响。

的一个重要特点是韧性高，拉伸强度为500kg/cm2,冲击强度和耐磨性能也都较好，同时它还具有极好

的耐气候性，在波长为200〜400nm的紫外线下照射一年，其性能基本不变。

由于其突出的化学稳定

性、耐辐射性、抗污染性和耐热性更使其在膜分离领域大显身手，已经形成了一系列的PVDF分离膜,

已成功地应用于化工、电子、纺织、食品、生化等领域。

PVDF分子结构是：

优点：

pH耐受范围宽，可以达到1〜13甚至更宽；

抗氧化能力极强，可经受苛刻的氧化清洗条件；

可耐烃类、酯类、醇类、醚类等绝大多数化学溶剂；

耐生物降解；

与聚醚砜类似，PVDF的也是疏水性，可以经过多种方式进行亲水改性。

改性后其亲水性可

以达到相当令人满意的程度。

2.2主要超滤膜材料性能的评价

超滤用于地表水、工业水处理或反渗透预处理时，对于材质的关心主要集中在两个方面：

首先是

化学稳定性，其次是亲水性。

化学稳定性决定了材料在酸碱、氧化剂、微生物等的作用下的寿命，还直接关系到清洗可以采取的方法；

亲水性则决定了膜材料对水中有机污染物的吸附程度，直接影响膜的通量。

由于地表水、市政污水、各种工业污水中多含有较多的藻类、细菌等微生物，必须考虑在膜系统

中加入次氯酸钠、二氧化氯、双氧水等杀菌剂，以抑制微生物生长繁殖；

同时，微生物和有机污染往往是造成膜污染的主要原因，氧化剂清洗是膜通量恢复的有效手段，因此膜材料的耐氧化剂性能显得尤为重要。

与PE、PAN、PES等膜材料相比，PVDF膜材料具有优良的耐氧化剂性能，其耐氧化剂（耐

余氯可达4800000ppm•h）的能力是PES等材料的10倍以上，可以保证膜材料在不同环境条件下能够正常使用。

PVDF材料与PES等材料相比，其耐受氧化剂清洗的能力更强。

因而便于清洗，污堵后经过清洗可以能够更好的恢复性能并长期保持通量稳定。

对于常见的酸碱化学试剂的耐受能力依次为PVDF>

PES>

PVC>

PIEP>

PS。

对于常见的氧化剂的耐受能力依次为PVDF>

PPP〜PSo

对于常见的有机溶剂的耐受能力依次为PVDF>

PES»

PVCPE〜PP>

PS

表8中空纤维膜材料耐化学剂性能

材质，化学剂

聚偏氟乙烯（PVDF

聚醚砜（PES

聚氯乙烯（pvc

聚乙烯

酸

冰醋酸

C

N

醋酸，25%

盐酸，25%

硫酸，25%

-

碱

NaOH,3N

醇类

丁醇

L

苯甲醇

乙醇

甘油

烃类

己烷

二甲苯

甲苯

S

苯

卤代烃

四氯化碳

氯仿（三氯甲烷）

氯甲烷

氟利昂

三氯乙烷

酮类

丙酮

甲乙酮

甲基异丁基酮

酯类

醋酸戊酯

L-

--

醋酸乙酯

醋酸甲酯

醚

二甲基亚砜

（DMSO

二氧杂环乙烷

四氢呋喃

乙醚

含N溶剂

丙烯晴

苯胺

二甲基乙酰胺

二甲基甲酰胺

吡啶

混合溶剂

甲醛，30%

过氧化氢，30%

C（<

0,5%）

0，1%）

苯酚，10%水溶液

注：

C-相容；

L-有限相容；

N-不相容；

S-溶胀或者收缩

4.3中空纤维超滤膜过滤层结构（海绵体、指状孔）比较

中空纤维膜的过滤层主要分为海绵体结构和指状孔结构。

采用海绵体结构的有ASAH、欧美塞尔、海德能、NORIT等，采用指状孔结构的有MOTIMOKOCH

INGE等。

表9中空纤维膜的过滤层结构比较

表层（指状孔结构）

深层过滤（海绵体结构）

优点

1、韧性好，适宜气体最强清洗

2、膜污染累积在膜表面，不易发生膜深层污染，易清洗恢复，膜清洗恢复率咼

3、跨膜阻力低，易于过滤、反洗

1、抗压密性好

2、强度好

缺点

膜支撑强度低

1、韧性差，不适宜气体最强清洗

2、膜污染发生在膜表面及深层，易发生膜深层污染，不易洗恢复

3、跨膜阻力高，不易于过滤、反洗

4.4中空纤维超滤膜过滤方式（内外压）比较

PVDF中空纤维膜采用外压式结构，即污水在膜丝外表面流动，在压力作用下水从膜丝外侧向内侧

渗透，在膜丝内侧收集到产品水。

PES（PVC中空纤维膜采用内压式结构，即污水在膜丝内表面流动,

在压力作用下水从膜丝内侧向外侧渗透，在膜丝外侧收集到产品水

表10外压式和内压式的比较

项目

外压式（典型为PVDF

内压式（典型为PESPVC

特点

外压式膜组件的膜进水流道在膜丝之间，膜丝存在一定的自由活动空间，因此更加适用于原水水质较差、悬浮物含量较高的工况，抗水质冲击能力强；

由于外压式膜组件的膜丝之间存在较大的自由活动空间，可采用咼效、廉价的气水混合振荡擦洗的清洗方式，有效的降低膜污染。

内压式组件的膜进水流道是中空纤维膜的内腔，为防止堵塞膜内腔流道，对进水的颗粒直径和含量都有较为严格的限制，适用于原水水质较好、悬浮物含量较低的工况；

由于内压式膜组件不能采用气水混合清洗方式，多采用大流量水反洗和频繁化学清洗来解决膜污染问题。

进水水质

而外压式超滤膜，由于进水流道不固定，适合与处理污染严重的水，可制成MBR用来处理悬浮物含量高达10~20g/L的污水。

因此，进水水质要求宽松。

根据最大颗粒粒径适用内压膜的“六分之一”理论，内压式超滤膜由于进水流道固定，当进水的颗粒超过膜丝内径的1/6时，

膜丝很容易被堵住。

因此，内压式超滤膜前面需要更紧密的过滤器。

而且当进水悬浮物含量较高时，只能采用错流过滤，或者降低水回收率。

因此，进水水质要求严格。

进水保安过

滤器

100〜500（im

100^m

pH适用范围

1〜13

2~10

膜丝与污水

接触空间

接触空间大（占整个组件的50%以上）接触空间大有利于污水的水力分布，在线清洗和化学清洗中利于污水排放，清洗也更简便、彻底

接触空间小（占整个组件的30%左右）

低压压缩空

气增强清洗

低压压缩空气清洗可强化清洗效果，

在同等清洗效果可减少自耗水量

无低压压缩空气增强清洗

过滤方式

错流/全流

化学清洗

PVDF膜材料化学稳定性好，化学药剂的种类和浓度有着比较宽的选择范围

PES/PVC膜材料化学稳定性稍差，化学药剂的种类和浓度需慎重

系统收率

PVDF超滤膜采用气洗+水反洗的清洗工艺，通过气洗强化反洗效果，评价反洗流量为产水量的2倍，产水消耗少，系统收率较咼

PVC内压超滤膜在线清洗是采用水反洗+水正冲工艺，为保证膜在线清洗效果，平均反洗流量为产水量的3倍，需要消耗大量的产水，因此收率较低